2021—2022 年涠洲岛近岸海域表层海水重金属分布特征及质量分析

◎ 杨 敏,王天济,覃旭健

海洋重金属污染是海洋生态环境修复重点关注的问题,也是众多学者重点研究的对象。北海涠洲岛是广西著名的海岛风景区,随着涠洲岛旅游产业的快速发展,客流量和常驻商户与日俱增,人类活动日益频繁,涠洲岛近岸海域表层海水重金属污染状况也备受关注。研究小组根据《广西海岸带沉积动力监测与研究项目》（原《广西海洋重大工程建设和重点旅游区海岸带地质环境监测项目》）的调查资料,对2021—2022年涠洲岛近岸海域表层海水重金属分布特征及质量进行分析,以期为涠洲岛海洋生态资源保护与开发提供参考。

一、研究区概况

涠洲岛位于广西北海市北部湾海域中部,北临北海市,东望雷州半岛,南与海南岛隔海相望,西面面向越南。涠洲岛南北长6 500 米,东西宽6 000 米,总面积24.74 平方千米。涠洲岛是火山喷发堆凝而形成的岛屿,95%以上的地层由火山岩组成,是中国地质年龄最年轻的火山岛。涠洲岛年平均气温23℃,终年无霜,年平均降水量1 297 毫米,干湿季明显,6—9月为雨季。涠洲岛周边海域为全日潮特征,一天出现1 次高潮和低潮,涨潮和落潮历时基本相等,潮差2.8～4.51 米。该区海域冬季以北东向和北北东向波浪为主,夏季以南—南南西向为主。潮流为往复流,涨潮流向东北,落潮流向西南。整个北部湾以逆时针环流为主。涠洲岛周边海域夏季潮流平均流速小于冬季。

二、调查与评价方法

（一）样本采集

研究小组于2021—2022 年在涠洲岛近岸海域4 个站位共采集10 个表层海水样本,其中1 号站位取4 个样本,取样时间为2021 年夏季、2021 年冬季、2022 年夏季和2022 年冬季；2号站位取2 个样本,取样时间为2021 年夏季和2021 年冬季；3 号站位取2 个样本,取样时间为2021 年夏季和2021 年冬季；4 号站位取2 个样本,取样时间为2022 年夏季和2022 年冬季。采用有机玻璃海水取样器采集表层（不超过0.5 米）海水,每个海水样本体积不少于2 升,样本采集后封装在聚乙烯瓶子中,后送检进行重金属测试分析,各项流程均按照《海洋监测规范》的要求操作。

（二）分析测试

根据《海洋监测规范》海水分析的要求,测定海水样本的重金属含量,重金属测试项目包括汞、铅、锌、铜、砷、镉、铬。其中,锌、铜、铅、镉、铬采用TAS-990AFG 原子吸收分光光度计测定；汞、砷采用PF32原子荧光分光光度计测定。

（三）评价方法

1.单因子污染指数评价方法

采用单因子污染指数法进行评价,以海水样本中重金属元素的实测值除以《海水水质标准》中该元素的I 类海水水质标准值,得到该元素的单因子污染指数Pi值,当Pi＞1 时,代表海水样本中该重金属含量超过I 类海水水质标准。

2.内梅罗综合污染指数评价方法

采用内梅罗综合污染指数法进行评价,分别计算各项重金属元素单因子污染指数Pi值的算术平均值Pave和最大值Pmax,求得Pave和Pmax的均方根值,即得到内梅罗指数Pn。Pn值越大,水质越差。参考内梅罗指数计算方法,将Pn值细分为清洁级、轻污染级、中污染级、重污染级4 个等级,对应的Pn值范围分别为Pn≤1.0、1.0＜Pn≤2.0、2.0＜Pn≤3.0、Pn＞3.0。

三、结果与分析

（一）涠洲岛近岸海域表层海水重金属分布特征及评价

1.分布特征

2021—2022年涠洲岛近岸海域表层海水重金属含量统计结果如表1 所示。检测结果显示,涠洲岛近岸海域表层海水重金属含量均值从大到小排列顺序为锌＞铜＞铬＞砷＞铅＞镉＞汞。锌的范围值为9.7～26.8 微克/升,平均含量为16.2 微克/升；铜的范围值为1.33～5.88微克/升,平均含量为2.78 微克/升；铬的范围值为0.88～1.86 微克/升,平均含量为1.29微克/升；砷的范围值为0.81～1.45 微克/升,平均含量为1.14 微克/升；铅的范围值为0.28～1.89 微克/升,平均含量为0.91 微克/升；镉的范围值为0.32～0.83 微克/升,平均含量为0.57 微克/升；汞的范围值为0.009～0.034微克/升,平均含量为0.02 微克/升。涠洲岛近岸海域表层海水中重金属含量具有以下2 个方面的特征。

（1）时间分布特征。10 份海水样本中5 份为夏季海水样本、5 份为冬季海水样本,分别统计后发现,涠洲岛近岸海域表层海水中砷和铬在夏季和冬季的含量差别不大,铜、锌、铅、汞、镉在夏季的含量均高于冬季的含量,铜在夏季的平均含量是冬季平均含量的2.5 倍。涠洲岛存在多种污染源,有工业污水、旅游业产生的污染物、海洋石油开采产生的污染以及海产养殖产生的污染等。研究小组推测涠洲岛近岸海域表层海水重金属含量夏季比冬季高的主要原因是夏季人类生产生活较为频繁,夏季潮流平均流速小于冬季而不利于污染物扩散。

（2）空间分布特征。10 份海水样本中6 份样本取样点位于涠洲岛西南岸海域、4 份取样点位于涠洲岛东北岸海域,分别统计后发现,涠洲岛西南岸海域表层海水各重金属含量均值均高于涠洲岛东北岸海域。涠洲岛西南岸海域分布有较多景区和居民住宅生活区,绝大部分渔民出海捕鱼和游客租船游玩是都从南湾码头进出,西南岸海域的人类活动比东北岸海域频繁,而且涠洲油田位于涠洲岛西南岸海域。涠洲岛西南岸海域渔船漏油造成的污染、涠洲油田采油造成的污染以及岛上工业废水排海造成的污染均大于东北岸海域,研究小组推测这为涠洲岛西南岸海域表层海水重金属含量高于东北岸海域的原因。

综上所述,涠洲岛近岸海域表层海水重金属分布存在地理差异与季节差异。

2.污染评价

（1）单因子污染指数评价结果。通过表1中重金属含量实测值计算涠洲岛近岸海域表层海水重金属单因子污染指数Pi,计算得到铜、锌、铅、镉、铬、砷、汞的Pi值范围分别为0.27～1.18、0.49～1.34、0.28～1.89、0.32～0.83、0.18～0.37、0.04～0.07、0.17～0.68,均值分别为0.56、0.81、0.91、0.57、0.26、0.06、0.36。由计算结果可知,2021—2022 年采集的10 份涠洲岛近岸海域表层海水样本中铜、锌、铅、镉、铬、砷、汞的单因子污染指数Pi的平均值均小于1,以10份样本的重金属单因子污染指数平均值来评价,涠洲岛近岸海域表层海水水质达到国家I 类海水水质标准。但其中仍有3 份海水样本的铜、锌、铅的单因子污染指数Pi值大于1,因此,还需加强对铜、锌、铅3 种重金属元素的监测。涠洲岛近岸海域表层海水重金属污染程度从高到低排列顺序为铅＞锌＞镉＞铜＞汞＞铬＞砷。

（2）内梅罗综合污染指数评价结果。内梅罗指数Pn计算结果显示,10 份海水样本中的铜、锌、铅、镉、铬、砷、汞的Pn值分别为1.47、0.76、0.49、0.56、1.39、0.58、1.41、0.54、0.43、0.39。根据计算结果,10 份海水样本中7 份样本的Pn值小于1.0,为清洁级；3份海水样本的Pn值在1.0～2.0 之间,为轻污染级。轻污染级的3 份样本均为2021 年夏季所取样本。2022 年采取的4 份海水样本为清洁级。由计算结果可知,涠洲岛近岸海域表层海水整体重金属污染程度较低,海水样本清洁级达标率为70%,且2022 年的水质优于2021 年。同一站位同一年夏季的Pn值基本高于冬季,说明涠洲岛近岸海域冬季水质优于夏季。从空间对比来看,1 号和2 号站位为涠洲岛西南岸海水取样站位,3 号和4 号站位为涠洲岛东北岸海水取样站位。同一取样时期下东北岸表层海水Pn值低于西南岸表层海水Pn值,说明2021—2022 年期间涠洲岛东北岸近岸海域表层海水水质优于西南岸近岸海域表层海水水质。

表1 涠洲岛近岸海域表层海水重金属含量统计表（单位：微克/升）

四、建议

根据2021—2022 年的监测结果,研究小组提出以下3 点建议。

（1）涠洲岛近岸海域表层海水重金属污染程度夏季明显高于冬季,在旅游旺盛的夏季应重视工业废水的治理和排放监管工作,并开展对渔民进行规范用船防止漏油、船上垃圾统一回岸处理的宣传工作。

（2）涠洲岛西南岸海域表层海水重金属污染程度高于东北岸海域,因此涠洲岛西南岸海域应作为重金属污染重点监测区域。

（3）铅、锌、镉为涠洲岛近岸海域表层海水污染程度前三的重金属元素,应作为重点监测对象。